Elektronika to dziedzina, która w dużej mierze opiera się na zasadach działania różnorodnych źródeł energii elektrycznej. Dwa kluczowe pojęcia, które pojawiają się w tej dziedzinie, to źródło napięciowe i źródło prądowe. W tym artykule przyjrzymy się im bliżej, zrozumiemy, jakie są ich teoretyczne podstawy oraz jakie mają ograniczenia w rzeczywistym świecie.
Źródło Napięciowe
Idealne Źródło Napięciowe
Czasami możemy spotkać się z określeniem "idealne źródło napięciowe". Teoretycznie jest to urządzenie, które dostarcza stałą różnicę potencjałów (napięcie) między swoimi dwoma wyprowadzeniami, niezależnie od wartości rezystancji obciążenia podłączonego do tego źródła. Oznacza to, że bez względu na to, jak duża lub mała jest rezystancja obciążenia, napięcie na wyprowadzeniach idealnego źródła napięciowego pozostaje stałe.
Najłatwiej wyobrazić sobie takie źródło jako magiczne pudełko z dwoma wyprowadzeniami, które nie posiada wewnętrznej rezystancji. W praktyce oznacza to, że dostarcza ono dokładnie prąd
przy rezystancji obwodu równej R.
rys.1 Przykładowe symbole źródeł napięciowych
Rzeczywiste Źródło Napięciowe
W rzeczywistości jednak idealne źródło napięciowe nie może istnieć z powodu ograniczeń fizycznych, takich jak opory wewnętrzne. Rzeczywiste źródło napięciowe można opisać przez dodanie do modelu teoretycznego rezystora o wartości kilku omów w układzie szeregowym ze źródłem napięcia.
To oznacza, że rzeczywiste źródło napięciowe ma skończoną wartość maksymalnego prądu, który można z niego pobrać. Przykładowo, weźmy baterię 9V o rezystancji wewnętrznej 3 ohm. Możemy łatwo obliczyć, że maksymalny prąd, jaki można pobrać z tej baterii, wynosi 3A, ponieważ:
Oczywiście taki prąd zwarciowy (czyli prąd przy pełnym zwarciu, jakby wyprowadzenia baterii były zwarte drutem) jest bardzo duży dla takiej baterii. Takie zwarcie rozładowałoby baterię do samego końca w zaledwie kilka minut.
Źródło Prądowe
Idealne Źródło Prądowe
Idealne źródło prądowe to kolejne teoretyczne urządzenie, które zapewnia stałe natężenie prądu, niezależnie od wartości rezystancji obciążenia czy napięcia na tym obciążeniu. Oznacza to, że bez względu na to, jaka jest rezystancja w obwodzie, prąd płynący przez ten obwód będzie zawsze taki sam.
Z założenia idealne źródło prądowe nie ma górnej granicy napięcia, które może dostarczyć do obciążenia, aby utrzymać stałe natężenie prądu.
rys.2 Przykładowe symbole źródeł prądowych
Rzeczywistość Idealnego Źródła Prądowego
W praktyce idealne źródła prądowe są rzadko spotykane w rzeczywistych układach elektronicznych, a ich model teoretyczny jest często pomijany w podręcznikach od elektroniki. Jest to spowodowane tym, że stworzenie źródła, które dostarcza stałe natężenie prądu bez względu na warunki zewnętrzne, jest niezwykle trudne. W rzeczywistości każde źródło prądowe ma swoje ograniczenia, takie jak maksymalne napięcie pracy i graniczna rezystancja obciążenia, powyżej której źródło nie jest w stanie utrzymać stałego prądu.
Podsumowanie
Zarówno źródła napięciowe, jak i prądowe odgrywają kluczową rolę w świecie elektroniki, jednak ich idealne wersje są jedynie teoretycznymi modelami, które pomagają zrozumieć podstawowe zasady działania układów elektrycznych. W rzeczywistości każde źródło energii elektrycznej ma swoje ograniczenia wynikające z fizycznych właściwości materiałów i komponentów, z których jest zbudowane. Zrozumienie tych ograniczeń jest kluczowe dla projektowania i analizy rzeczywistych układów elektronicznych.
ElectroHub KS
Comments